卓越计划背景下的流体力学课程教学改革与实践

刘宏升，朱 泓，张 博

（大连理工大学能源与动力学院，辽宁大连 116024）

卓越计划背景下的流体力学课程教学改革与实践

刘宏升，朱 泓，张 博

（大连理工大学能源与动力学院，辽宁大连 116024）

根据教育部提出的 “卓越工程师教育培养计划”对工程教育的要求，结合大连理工大学能源动力类流体力学课程的教学实践，进行了面向工程教育的教学内容改革、结合工程需要的立体化教学资源建设、多种形式的研究型教学模式、教学科研紧密结合的教学特色等多方面的教学改革，探索从传统的知识传授型教学向研究型教学转变的途径，旨在为卓越计划背景下能源动力类专业基础课的教学改革提供参考和借鉴。

卓越工程师；流体力学；工程教育；研究型教学

教育部提出的卓越工程师教育培养计划（卓越计划）是国家振兴工程教育的一项重大举措［1］，对我国的工程教育改革具有重要意义。如何落实卓越计划要求、深化教学改革已成为各高校刻不容缓的工作［2］。大连理工大学是首批入围卓越计划的试点高校，其热能与动力工程专业是首批落实卓越计划的试点专业。为了保证卓越计划顺利实施，热能与动力工程专业根据工程教育对课程的要求，将专业标准落实到具体课程，对主干课程的教学大纲和教学内容进行了整合，同时在教学改革方面做了大量工作。本文以流体力学课程为例，开展卓越计划实施过程中专业基础核心课程改革的探索与实践。

1 面向工程教育的教学内容改革

流体力学是能源动力学科的专业基础课，是后续专业课程的核心基础课程之一，在课程体系中具有重要地位［3］。由于流体力学课程理论性强又具有较强的工程应用背景，在教学中需要同时兼顾知识的继承性与先进性，教学内容既要涵盖传统的经典力学知识，又要涉及大量联系工程实际的新成果、新知识，如何在卓越计划背景下构建与工程教育相衔接的课程教学内容、处理好经典与现代的关系已成为课程改革的首要任务［4］。

本课程教学内容改革的根本原则是：

（1）根据学科发展与科技进步的要求优化教学内容，确定传承什么、怎么传承，对传统的经典知识进行取舍与合理组织，保证经典知识的稳定性；

（2）将学科前沿知识、最新科研成果融入教学，促进知识创新，既充实理论知识又开阔学生眼界，保证新增内容的先进性；

（3）教学内容由面向单学科向面向多学科转变。

在这样的原则下，课程教学中减少了理想流体的复杂理论知识，增加了实际黏性流体的流动、受力分析。例如：删减了实际应用很少的漩涡三大定理、诱导速度场等理想流体漩涡理论部分内容；增加了实际管道水力计算的内容，重在解决实际工程问题；适当扩展了后续课程涉及到的基本知识，如量级分析法、涡轮机械基本方程等，旨在为专业课程教学打好基础；补充了机械类液压传动、车身流线型设计等跨学科知识，课程由能源动力类学科逐渐向机械、汽车、环境等学科辐射，逐步形成服务于宽口径专业教育的专业基础课教学内容。

2 以工程案例教学法为代表的研究型教学模式

卓越工程师的一个典型特点是具备很强的自主学习、独立解决问题的能力，因此培养的重点不在于加深学生的专业知识，而在于提高学生的综合素质［5］，这就要求教师要从知识传授型教学模式向研究型教学模式转变，使学生从知识接受者变为知识的探究者，从传统的重教轻学向“教主于学”转变［6］。研究型教学模式包括很多方面的内容，我们在教学中探索了包括实施案例教学法、推进学习创新、改革考核方式在内的多种方式：

（1）提倡基于工程实际问题的案例式教学法。教师在课堂上根据教学目标和内容的需要，利用工程案例组织学生进行学习、讨论，以锻炼学生的分析、归纳、总结的能力。课程组精心设计了一些习题课与专题讨论课来解决与课程基本理论相关的实际问题，提升学生解决问题的能力。例如在学习管道水力计算时，课堂上提出一个相对复杂的管道设计问题，让学生讨论设计方案并完成计算。需要注意的是在案例选取上，教师要精心设计、选择具有启发性的讨论题，给学生一定的思维空间，才能真正提高学生分析问题和解决问题的能力。

（2）以教师教学创新促进学生学习创新，实现课内与课外有机结合。本课程力求构建一种“寓教于乐、寓学于研”的教学氛围，从封闭型课堂向开放型课堂转变，以提升整体教学效果。主要采取2种方式，其一是在教学中引导学生把握流体力学解决问题的思维方式和研究方法，对于特定知识点安排专题作业，鼓励学生自主学习，例如在介绍量纲原理基本思想之后，给出量纲分析大作业，让学生必须通过课后大量查阅文献才能完成相关作业，锻炼学生独立解决问题的能力；其二是布置课程论文任务，让学生在课外完成一篇流体力学知识应用的课程论文，教师可以参与通过解决开放性问题，锻炼学生自主学习能力，培养学生的创造力。从实践效果来看，学生参与课后学习的积极性很高，虽然完成专题作业与论文的水平参差不齐，但基本能够自主完成，达到课外锻炼的目的。

（3）探索以评价学生“学习成效”为导向的课程考核方式。本课程针对卓越计划对“卓越”的要求，以学生的能力培养为主线，教学中不是把学生学到了具体的知识点作为目标，而是更注重学生学习到了什么方法、具备了什么能力，在这一原则指导下不断探索课程考核方式的改革［7］。成绩评价不再以记忆性的书本知识为主要内容，即从考核学生学习成绩向评价学习成效转变，引导学生从注重考试结果向注重学习过程转变，增强学生学习的主动性。在具体做法上，将平时成绩由20%增至30%，加大对课后专题作业与课程论文的考核力度，课程作业避免题海训练，加大综合性、设计性和开放性题目的数量，对学生在学习过程中所表现出来的情感、学习策略、合作精神等因素进行全面的综合评价。

3 结合工程需要构建立体化教学资源

课程教学离不开丰富的教学资源，对于卓越工程师培养而言，面向工程需要的教学资源建设成为课程建设的一项重要工作［8］。本课程提出丰富教学资源、实现立体式教学的课程建设方针，重点建设了教材、多媒体教学软件和网络教学3种教学资源。

教材是学生学习的主要依据，在教学中占有重要地位。本课程从“工程”的角度出发概念，在原有高等学校理工科力学类规划教材的基础上，编写新版教材《工程流体力学》（第四版），注重了基本理论与工程应用的有机结合，目前被多所高校选作本科教材，在国内具有一定的地位。在实验教材建设方面，与本课程实验教学完全匹配的《热工基础实验教程》于2012年出版，2本教程都是根据学院的实际教学情况，并综合考虑理论教学与工程人才培养需求编写而成。

在教材建设基础上，课程组编制了流体力学课程电子教案，该电子教案得到了学生的广泛认可与好评，曾获得校优秀多媒体课件一等奖；与教材相配套的习题测试软件已在教学中使用多年，可以进行教材习题的抽题测试与解答。目前该软件正在升级，力求进一步完善功能，逐渐形成课程习题库。

流体力学课程在学校网上学习中心开课已经6年多，学生可以通过校内账号登录后进行浏览通告、参与讨论、下载资料等操作，教师通过学习中心发布课程通知、教学安排、教学重点等信息，并针对难点问题与学生进行讨论、交流，同时上传大量的习题、图片及学习课件等资料供学生参考，师生之间教与学的结合在这一平台上得到了充分的体现，起到了很好的教学相长的作用。

4 教学与科研相融合，形成鲜明的教学特色

教学与科研被誉为高校的2个中心，高水平的科学研究有利于教师转变教学观念、更新教学内容和改革教学方法，学生可以直接从中受益［9］。坚持教学科研并重，做到教学科研相长已成为培养卓越人才的必然要求［10］。卓越计划对教学中的工程型科研因素提出了更高的要求，本课程努力探索科研与教学相融合的途径，力求将最新研究成果有效地凝练为教学内容。一方面注重基础理论与科技前沿的结合，及时将目前具有代表性的科技创新、科学研究和实验教学改革成果有机融入到教学之中，注重培养学生的创新意识；另一方面增加了通用计算流体力学（CFD）软件Fulent在课程中的使用［11］，通过合理安排教学内容与形式，充分发挥CFD软件在流体力学教学中的3种功能：

（1）软件模拟结果的演示功能。流体力学课程中，很多内容都可以用Fulent进行模拟、演示，例如：用于模拟管道截面突然扩大的流函数分布，模拟绕流问题流场变化规律及各种流动问题的流线演示等，通过形象直观的演示激发学生学习的兴趣，进而介绍相关的理论知识，如图1所示为截面突然扩大的管流在入口速度分别为0.1m/s和10m/s时的压力分布对比图。

图1 入口速度对截面扩大管流压力分布的影响

（2）软件操作对学生学习兴趣的引导功能。教师在课堂上简单介绍软件的基本思想、用途及简单操作等相关知识，使学生对流动计算的相关软件有所了解，增加学习的兴趣。实践表明，很多学生希望在课后能够了解、学习相关软件，并积极参与大学生创新性计划项目，实践创新能力得到了很大的提高。

（3）软件解决科研问题的应用功能。结合教师的科研工作，通过引入CFD软件解决实际科研问题的应用实例，例如模拟不可压流体在小球堆积型多孔介质中的流动过程，分析压力、速度、流函数等重要参数分布规律，如图2所示为速度分布规律，将以CFD软件为工具解决实际科研问题的教学案例，有机融合到课堂教学之中。

图2 小球型多孔介质内流动的速度分布

5 以立德树人为本，教书育人相结合

大学教学区别于中小学教学的特点之一是教师与学生接触的时间相对较少，教师注重更多的是学生学习方面的问题，而容易疏忽对学生的思想教育。对于目前个性突出、以独生子女为主的大学生来讲，教师必须具有强烈的责任心和使命感，给予学生足够的人文关怀，并在思想教育和教学管理方面对学生加以正确的引导与教育，才能达到“教书育人”的目的［12］。

在流体力学的教学过程中采用教育管理两手抓的方针，一方面加强学生的思想教育工作，从教书育人的角度引导学生自我管理；另一方面强化课程管理，以严格的考核制度监督约束学生在课堂、课后及考试中严于律己。教师经常跟学生提到的要求是：要诚信、要思考、要尊重他人；不迟到、不抄袭、不轻言放弃。将教育思想落实在具体教学细节上，如针对抄袭作业的问题，对学生进行“诚信”教育；针对上课迟到的问题，对学生进行“守时、守信”教育；针对课堂纪律的问题，进行“尊重老师、尊重他人”的教育；对于个别学生因跟不上学习进度而出现厌学现象，则鼓励他们面对困难要做到不抛弃、不放弃，以培养学生百折不挠的意志和品质。实践表明，这种教育与管理相结合的方式有利于建立教学规范化制度，进而形成良好的学习风气，在潜移默化中起到了立德树人的作用。

6 结束语

本文在实施卓越工程师培养计划的背景下，对能源动力类流体力学课程进行了一系列改革实践。通过调整传承经典知识、更新现代应用知识的方式，使教学内容由面向单学科向面向多学科转变；开展了基于工程问题的案例式教学法、以教师教学创新促进学生学习创新、以评价学生学习成效为导向的考核方式为主要内容的研究型教学模式改革；结合工程需要重点建设了教材、多媒体教学软件和网络教学3种教学资源；通过引入计算流体力学软件在课程中的应用，加强了教学与科研相结合；通过强化思想教育与课程管理实现立德树人的教育目标，为卓越工程师培养过程中的工科课程教学改革提供有益借鉴。

（References）

［1］中华人民共和国教育部.关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见［Z］.教高［2011］1号.

［2］林健.形成具备竞争优势的卓越工程师培养特色［J］.高等工程教育研究，2012（6）：7－21.

［3］陈卓，周乃君.问题引导法视域下专业基础课程教学改革的思考：以能源动力类《流体力学》课程为例［J］.现代大学教育，2012（5）：104－107.

［4］林健.面向“卓越工程师”培养的课程体系和教学内容改革［J］.高等工程教育研究，2011（5）：1－9.

［5］扶慧娟，辛勇.推行卓越工程师计划培养实践型工程人才［J］.实验技术与管理，2011，28（11）：154－158.

［6］李志义.我国工程教育改革的若干思考［J］.中国高等教育，2012（20）：30－33.

［7］刘海燕.关注学生学习成效：美国大学学院联合会本科教学改革思想探析［J］.教育发展研究，2011（9）：15－18.

［8］孙荣，孟凡立，张慰.论数字校园环境下高校教学资源的整合运行策略［J］.现代教育技术，2012，22（5）：46－51.

［9］扈旻，邓北星，马晓红，等.科研成果转化为实验教学内容的探索与实践［J］.实验技术与管理，2012，29（10）：21－23.

［10］李志义.推进十个转变实现大学教学改革新突破［J］.中国高等教育，2012（17）：25－29.

［11］赵琴，杨小林，严敬.CFD技术在工程流体力学教学中的应用［J］.高等教育研究，2008，25（1）：28－29.

［12］黄旺生.关于提升大学教师教书育人能力的几点思考［J］.中国电力教育，2011（14）：26－28.

公 告

按照《中国学术期（光盘版）》电子杂志社中国科学文献计量评价研究中心的要求，本刊自2014年1月开始，用“学术不端文献检测系统”，对向本刊投稿的文章进行检测，凡“文字复制比”超过40%的文章，本刊将不予录用，以防止“一稿多投”、“自抄”、“抄袭”等学术不端的文章在本刊发表。请各位作者自行注意，严把文章的学术质量关。特此公告。

《实验技术与管理》编辑部

2014年1月

Teaching reform and practice of Fluid Mechanics course under background of remarkable plan

Liu Hongsheng，Zhu Hong，Zhang Bo
（School of Energy and Power Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China）

According to the requirements for“Remarkable Engineer Training Plan”proposed by the Ministry of Education，this paper introduces the research work on the transform from the traditional knowledge teaching to the research teaching.Several measures for the course reform are discussed by combining the course reform of energy and power engineering category of Dalian University of Technology（DUT），which include the reform of teaching contents for engineering education，construction of three－dimensional teaching resources combined with the engineering needs，various research－oriented teaching modes，the teaching characteristics of the combination of teaching and research and so on.The goat is to provide reference for the reform of professional basic course on energy and power engineering category under the background of remarkable engineer training plan.

remarkable engineer；fluid mechanics；engineering education；research－oriented teaching

G423.07

A

1002－4956（2014）1－0194－03

2013－05－22

辽宁省校企协同创新工程人才培养体制机制研究与实践试点项目“‘大工—中广核’核电学院的建设与核电工程人才培养机制的实践”；大连理工大学教学改革基金项目“基于立体化教学资源建设的流体力学研究型教学改革与实践”（MS201354）

刘宏升（1978—），男，辽宁大连，博士，副教授，教学实验中心副主任，从事“流体力学”教学及多孔介质燃烧技术的研究.

E－mail：lhsh＠dlut.edu.cn